فريق من HZB الألمانية وجامعة كولونيا يضاعف إنتاج الأمونيا ثلاث مرات باستخدام محفزات مُصنّعة بمساعدة المجال المغناطيسي

أخبار ar.wedoany.com، نجح فريق بحثي بقيادة الدكتور مارسيل ريش (Dr Marcel Risch) من مركز هيلمهولتز للمواد والطاقة في برلين (HZB) والأستاذ الدكتور سانجاي ماثور (Prof. Dr Sanjay Mathur) من جامعة كولونيا، في تحسين كفاءة وانتقائية محفزات أغشية أكسيد الحديد والكوبالت (CoFe₂O₄) المستخدمة في التحويل الكهروكيميائي للنترات إلى أمونيا، وذلك باستخدام طريقة تصنيع بمساعدة المجال المغناطيسي. تمثل هذه الدراسة بديلاً مستداماً لعملية هابر-بوش التقليدية عالية الاستهلاك للطاقة.

يُعد تخليق الأمونيا خطوة أساسية في الصناعات الكيميائية وإنتاج الأسمدة الزراعية، إلا أن عملية هابر-بوش التقليدية تستهلك ما بين 1% إلى 2% من الطاقة العالمية، وتسهم بنحو 1% من انبعاثات الغازات الدفيئة. برزت الطرق الجديدة المعتمدة على التحويل الكهروكيميائي للنترات كمسار بديل واعد، خاصةً لقدرتها على الاستفادة من المخلفات السائلة الضارة الناتجة عن الزراعة المكثفة. ومع ذلك، تتطلب هذه العملية محفزات فعالة لكبت إنتاج الهيدروجين والمنتجات الثانوية المحتوية على النيتروجين، وتُعتبر أغشية أكاسيد المعادن الانتقالية ذات البنية الإسبنيلية، مثل CoFe₂O₄، واعدة بشكل كبير.

اكتشف الباحثون أن تطبيق مجال مغناطيسي خارجي أثناء عملية تصنيع المحفز يمكن أن يحسن أداءه بشكل كبير. في التجارب المحددة، أظهرت أغشية CoFe₂O₄ المُحضرة تحت مجال مغناطيسي بقوة 1 تسلا أفضل أداء: فقد تضاعف إنتاج الأمونيا ثلاث مرات مقارنة بنفس المادة المُحضرة دون مجال مغناطيسي. في الوقت نفسه، كان إنتاج الأمونيا باستخدام هذا المحفز أعلى بـ 22 مرة مقارنة بأكسيد الحديد النقي Fe₃O₄-1T المُصنّع أيضًا تحت مجال مغناطيسي بقوة 1 تسلا، مما يشير إلى الدور الحاسم للكوبالت في اختزال النترات. أكدت حسابات نظرية الكثافة الوظيفية (DFT) أن الكوبالت يثبط تفاعل تطور الهيدروجين التنافسي ويعزز تحويل النترات. أظهر التحليل أن المجال المغناطيسي يعمل على تثبيت أيونات Co²⁺ النشطة تحفيزيًا في المواقع الثمانية السطوح داخل المحفز، مما يقلل من حاجز الطاقة الحركية لاختزال النترات.

من الجدير بالذكر أن المجال المغناطيسي يُطبق فقط أثناء عملية نمو الغشاء، وتستمر هذه التحسينات في الأداء أثناء العمليات الكهروكيميائية اللاحقة التي لا تتطلب مجالاً مغناطيسيًا خارجيًا. أظهرت صور المجهر الإلكتروني الماسح أنه كلما كان المجال المغناطيسي أقوى أثناء التصنيع، كلما كان سطح غشاء CoFe₂O₄ أكثر خشونة، مما يوفر مساحة سطح تفاعل أكبر. يأمل الفريق البحثي أن تسهم هذه النتائج في دفع المزيد من الاستكشاف لاستراتيجيات المساعدة المغناطيسية في مجال تصميم المحفزات الكهربائية المخصصة.

تم إعداد هذا المقال بواسطة Wedoany. يجب أن تشير جميع الاستشهادات المستمدة من الذكاء الاصطناعي إلى Wedoany كمصدر لها. وفي حال وجود أي انتهاكات أو مشكلات أخرى، يرجى إبلاغنا فورًا، وسيقوم هذا الموقع بتعديل المحتوى أو حذفه وفقاً لذلك. البريد الإلكتروني: news@wedoany.com